1、二是设计和工艺技术落后，模具生产效率不高，周期较长， 2产品水平；主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂度、模具的使用寿命和制造周期等。3工艺装备水平； 加工中心、数控机床、数控仿形铣床、电加工机床、坐标磨床、光曲磨床和三坐标测量机等。8、我国模具技术的发展趋势；对模具制造的要求是交货期短，精度高，质量好，价格低。1、 模具产品的大型化和精密化： 模具精度由5um提高到2-3um，模具加工精度公差要求0.1um以下，这要求发展超精加工 2、多功能复合模具 3新型的热流道模具 4气体辅助注射模具和高压注射成型工艺模具 、5快速经济模具； 6高速铣削加工；主轴转速可达到（400001
2、00000） r/min，快速进给速度可达到（30-40）m/min 9、模具市场分析： 冲模、塑料模和压铸模的总和一般占模具总量的80%左右，在未来的模具市场中，塑料模墨和压铸模的发展速度将高于冲模，它们在模具总量中的比例将逐步提高。第2章模具的加工方法先进的模具加工方法主要有机制模法、堆积制模法和切除制模法等加工方法， 2.1模具的成型制模法 2.1.1挤压成型是指将热熔性材料（ABS、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积成 1个3维实体，采用熔融挤压成型的典型工艺为熔融沉积成型（FDM），模具的挤压成型加工方法有热挤压成型法和冷挤压成型法。 1.型腔的冷挤压成型是在常温下利用装在压力
3、机上的工艺压头，在一定的压力和速度下挤压毛坯金属，使之产生塑性变形而形成具有一定几何形状和尺寸的模具型腔。（1 ）凹模型腔冷挤压的形式，按型腔成型方式不同，分为开式和闭式两种。A.开式挤压，使金属不受限制地向周围流动。该方法简便成型压力小B闭式挤压：金属变形受挤压套的限制，只能向上流动。尺寸精度高。 （2）凸模的冷挤压成型：在常温下以一定压力和速度将经过软化的凸模毛坯压入淬硬的凹模型腔使毛坯产生塑性变形而形成与凹模腔形状和尺寸一致的凸模，适用于形状复杂、数量较多的同类型凸模的制造。凸模冷挤压工艺的步骤：a.将准备好的模具工装安放在压力机的工作台上，用压板压牢b把凸模毛坯插入导向板内，开动压力机
4、缓慢加压。c压制时用皂化液冷却。d当毛坯压入凹模挤压。e.将压好的凸模取下，修整成型并淬硬即可使用。 2.1.1.2模具的热挤压成型法是将毛坯加热到锻造温度用预先准备好的模芯压入毛坯而挤压出型槽的制模方法。热挤压成型制模法的方法简单，周期短。成本低，所挤成的模具内部纤维连续，组织致密强度高，耐磨性好，寿命长。故常用于尺寸精度要求不高的小批量锻模制造中。过程1模芯准备 2、热挤压成型 3后续加工（退火、机械加工、淬火和磨光等）工序制成模具。 2.1.2模具的铸造成型制模法；是一种将液体金属或其他液体材料浇注到型腔中，等其冷却凝固后，即可获得相应的铸件。新型材料的铸造成型主要有锌合金、钛合金、金属
5、基复合材料和颗粒增强型金属基复合材料的铸造成型 2.1.2.1锌合金模具的铸造成型； 利用硬材料凸模（凹模）浇注锌合金凹模（凸模）的方法，称为铸造制模工艺。按浇注合金用量的多少，可采用模内浇注法（20kg以下）、模外烧注法两种不同的浇注方法2.1.2.2钛合金的铸造成型；按应用可分为高温钛合金、结构钛合金和功能钛合金3种，钛合金的成型方法有铸造、锻造、超塑和焊接等 1.铸造钛合金的熔炼：主要有电子束炉、等离子体炉和真空感应炉等2钛合金的铸造工艺； 一是要求耐火度非常高的造型材料：二是浇注必须在较高空度或惰性气体的保护下进行，有时还要附以离心力。 其铸造工艺种类如下： （1）永久铸型。主要有加工
6、石墨型、金属型（铁铸型、钛铸型）。 （2）一次性铸型按其造型方法捣实石墨砂型和熔模型壳两种。2.1.2.3金属基复合材料的铸造成型； 金属基复合材料（MMC）具有较好的物理性能和力学性能。其成型工艺主要有粉末冶金和铸造两种，前者由于工艺复杂，成本高，采用铸造法成型颗粒增强型金属基复合材料具有工艺简单，成木低对尺寸和形状没有限制，可大批量连续生产等优点。 2.1.2.4颗粒增强型金属基复合材料的铸造成型主要有如下6种；1.液态金属陶瓷颗粒搅拌铸造法2.熔体浸渗铸造法3.挤压铸造法。4.高能超声法 5.流变铸造法 6.原位反应铸造法 2.1.2.5塑料模具的铸造成型； 1 制造塑料模具的主要成分是
7、合成树脂，如聚酸树脂、酚醛树脂和环氧树脂等。 2铸塑法：就是将配好的液态原料浇入模样，使其按模腔形状和尺寸固化为塑料模具加工方法。主要工艺过程为：液态原料配制、模型准备、浇铸成型等 2.1.3.1超塑成型原理； 超塑成型技术是在组织结构上经过处理的金属材料，这种材料具有晶粒直径在5um以下的稳定超细晶粒，具有很小的变形抗力和远远超过普通金属材料的塑性或超塑性，其伸长率可达100%-2000%，凡伸长率超过100%的材料均称为超塑性材料。2.1.3.2模具的超塑成型工艺， 超塑成型技术可用来制造各种形状复杂的冲裁模、注射模、橡胶模和锻模等。其方法是先加工一个形状、尺寸与欲加工模具型腔相吻合的凸模
8、压头），在超塑变形温度及速率范围内用挤压制模法对超塑性模坯进行压制，加工出凹模型腔。 2.1.3.3超塑成型所用设备、工装及模具 1.超塑成型设备； 将模具与模坯一起置于压力机上，在超塑温度下以超塑变形速度一次挤压成型。2超塑成型加热装置3.模具成型所用模具 4.超塑成型的润滑 当成型温度低于500时，可选用硅脂、硅油、胶体石墨、二硫化钼等润滑剂。对于工具钢，其成型温度高，常采用熔融玻璃润滑剂2.2堆积制模法包括喷涂制模法、电铸制模法和快速原型制模法等3种2.2.1喷涂制模法1 热喷涂设备与材料；真空等离子、大气等离子、爆炸喷涂、等离子堆焊、电弧喷涂、火焰粉末喷涂和火焰线材喷涂设备，生产金属粉
9、末、陶瓷、金属陶瓷粉未等2热喷涂技术的应用； （1）应用范围大。 （2）采用的工艺和材料广泛 （3）热喷涂应用的企业。 （4）热喷涂研究 2.2.2电铸制模法 可分为3类。装饰性电镀（以镀镍一铬、金、银为代表）、防护性电铸（以镀锌为代表）和功能电镀（以镀硬铬）。2，电铸法的优点；1）能进行超精密加工（复制精度好）。 （2）能调节沉积金属的物理性质。调节沉积金属的硬度、韧性和拉伸强度等，还可以采用多层电镀、合金电镀、复合电镀方法得到好的物理性质。 （3）不受制品大小的限制。只要能够放入电镀槽就行。 （4）容易制造复杂形状的零件3.电铸方法电铸法也称电解沉积，工件与负极端（阴极）相接，在距阴极一定
10、距离的阳极与电源正极端相接，阳极金属溶解，以离子的形式通过电解液移向阴极，并以的形式沉淀在模型上。对于金属模型，在浸入电解池以前必须进行除油处并在其表面涂以脱模剂。而非金属模型，必须进行活化处理，使其具有导电性能，采用方法在模型表面极以还原银层，这银层对于非金属表面同样起到脱模剂的作用。 2.2.3快速原型制模法 快速模具（RT）技术是随着快速原型技术RP）的发展而迅速发展起来的一门新技术，用RP系统制造的原型做母模，快速复制简易模具，用快速原型制件作母模可以复制蜡模、硅橡胶模、环氧树脂模或聚氨酯模等软模具，此类软模具又可浇铸出环氧树脂、石膏、陶瓷、低熔点金属、金属基复合材料等硬模具，可用于各
11、种铸造模、注塑模、蜡模的成型模和拉伸模等。用快速原型制件做母模，通过金属喷涂等方法可快速制造电脉冲机床用电极。2.2.3.2快速原型制模技术的原理 快速原型制模技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状3维实体的技术总称，它的特征是：（1）可以制造任意复杂的3维几何实体。（2） CAD模型直接驱动。（3）成型设备无需专用夹具或工具。（4）成型过程中无须干预。快速原型技术采用离散和堆积成型的原理，其过程是先由3维CAD软件设计出所需要零件的计算机3维曲面或实体模型（电子模型），然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，把原来的3维电子模型变成2维平面信息（截面信息）。即离散的过程：在微机控
12、制下，数控系统以平面加工方式有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动黏结而成型，这就是材料堆积过程。2. 2.3.3快速原型制模技术（简称：RPM）的主要方法；根据采用材料及对材料处理方式的区别，RPM技术可归纳为3种方法。1.选择性液体固化SL；选择性液体固化的原理是将激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表面，使其有规律地固化3维实体。2迭择性层片黏结LOM；选择性层片粘结采用激光或刀具对箔材进行切割出工艺边框和原型的边廓线层片黏结在一起，这样层层叠加后得到下一个3维实体。其箔材可以是涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属其他材质的箔材。3选择性粉末熔结或黏结SLS；由粉末铺成的层面，有选择地直接或间接
13、将粉末熔化或黏结，形成一个层面，层层叠加为一个3维实体。直接熔结是将粉末直接熔化而连接。间接熔结是指仅熔化粉末表面的黏结涂层，以达到互相黏结的目的。这种粉末材料主要有蜡、聚碳酸脂、水洗砂等非金属粉和金属粉4快速原型及模具制造技术的优点（1）大大缩短新产品研制周期。（2）成倍地降低新产品研发成本。（3）提高新产品投产的一次成功率。（4）支持同步（并行）工程的实施。（5）支持技术创新，改进产品外观设计。5快速原型及模具制造技术（ RPM）的应用 （1） RPM的广阔应用领域。 （2）产品设计中的应用-快速产品开发RPD。 （3）快速工具。采用RP技术节约成本1/3。2 .3切除制模法（包括机加工制
14、模法、电加工制模法和化学加工制模法） 2.3.1.1机械加工制模法的优点；（l）可以达到较小的公差。（2）设计更灵活。（3）交货更快捷。（4）其他制模成型都无法加工的零件，可以采用机械加工获得 （5）机械加工的零件内应力较低 （6）机械加工的零件保留一致的性能。（7）机械加工的零件不会产生焊接线。2.3.1 2机械加工制模的主要方法有切削、磨削、研磨和抛光等；1切削： 车削、铣削、刨削和钻削等模具加工，利用主模型或靠模的仿型加工方法制造模具。 2磨削：具有高精度、高效率的优点，成型磨削主要用于加工凸模、凹模和电火花加工用工用的电极等零件。 成型磨削法有成型砂轮磨削法和夹具磨削法两种。 3研磨及
15、抛光； 工件经机加工后的表面，常进行抛光，抛光一般在淬火后进行。 2.3.2电加工制模法（主要有电火花成型加工和电火花线切割加工两种）2. 3 2.1电加工的一般方法； 通过工件和工具电极间的放电而有控制地去除工件材料，以及使材料变形、改变性能或被镀覆的特种加工，成型加工适用于各种孔、槽模具，刻字、表面强化、涂覆等：切割加工适用于各种冲模、粉末冶金模及工件，各种样板、磁钢、硅钢片，钼、钨、半导体或贵重金属。2 3 2 2电火花加工的特点；（1）适用于难切削利料的加工：加工材料性不与硬度、强度、韧性和脆性等有直接关系，主要取决于材料的导电性能和热稳定性、电极材料有紫铜、石墨和钼丝。 （2）加工特
16、殊及复杂形状的零件，方孔、小孔、窄缝和复杂型腔的模具加工； 2加工原理； 脉冲电源、工具电极和工件连接成闭合回路，产生脉冲性放电和高温使工具电极和工件表面蚀去一部分金属。原理是将工件放入电液体中（水或碳氢化合物如石蜡、煤油等），在电极和工件之间施以20kV的脉冲电压，通过短时间的连续放电，将多余的材料腐蚀掉，粗加工时为了去除尽量多余的材料，可采用高脉冲能量；修整加工时为了获得较好的尺寸和形状精度，则采用低脉冲能量。 3电火花加工方法： （i） 单电极平动法： （2）多电极更换法： （3）分解电极法：2 3 2 3线切割加工设备及原理； （1）组成：机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液体系统等，
17、（2）运丝机构：走丝速度（6-10）m/s，工作液体使通电区充分冷却。（3）脉冲电源是把工频交流电转换为单向脉冲电流供给电极丝放电，蚀除金属。 2电火花线切割加工的原理：采用移动的电极丝（铜丝或钼丝）对工件进行脉冲火花放电切割成型，工作台夹住工件（电源的正极）、钼丝或铜丝（电源的负极）工作台水平进给移动。（2）电火花线切割数控机床的分类，a快走丝（钼丝）：电极丝进行高速往复运动，速度（810） m/s。b慢走丝（铜丝）：电极丝进行单向移动，电极一次性使用，加工精度高。3线切割机床的特点；（1）加工微型孔。（2）实际金属切除量少。（3）电极损耗小，加工精度高。（4）可以进行难切削材料的加工。4线
18、切割加工的主要工艺措施；（1）线切割速度：单位时间内电极中心线在工件切割的面积单位为mm2/min。（2）表面粗糙度,Ra可达1.2um（3）电极丝损耗量：是指电极丝在切割1000mm2后电极丝直径的减少量。（4）加工精度：快走丝：0.01-0.02mm;慢走丝：0.005 -0.002 mm。2.3.3化学加工制模法：电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上涂覆金属材料的一种特种加工，电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺和抛光等，电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，涂覆加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂覆以恢复尺寸，对尺寸超差的产品进行涂覆补救，对大型、复杂、
19、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能。2. 7. 3.1电解加工的基本原理； 电解加工是利用金属在电解液中发生化学极溶解的原理，将工件加工成型的一种工艺方法。直流稳压电源（6-24V）的阴极，工件接阳极，间隙（0.l -lmm），压力（05-2MPa）的电解液，电流可达1000-10000A。 2电解加工的特点； （1）可加工高硬度、高强度和高韧性等难切削的金属，使用范围广。 （2）加工生产率高，用电火花方法加工提高工效4倍以上，甚至超过切削加工。 （3）加工中工具和工件间无切削力存在，所以适用于加工易变形的零件。 （4）加工后的表面无残余应力和毛刺。 （5）加工过程中工具损耗极
20、小，可长期使用。2.3.3.2化学腐蚀加工；主要是为了装饰，通常对表面结构进行特殊处理。化学腐蚀加工的原理是基于金属在酸、碱和盐溶液中的可溶解性。用化学腐蚀法所得到的表面粗糙度主要取决于工件材料及表面质量，还取决于腐蚀溶剂。 腐蚀加工工艺有浸渍蚀刻和喷涂蚀刻两种第3章特种加工制模法3.1特种加工是直接利用1电能、2热能、3光能、4化学能、5电化学能和6声能等进行加工的工艺方法，与传统的切削加工方法相比，它的加工机理完全不同。 3.1.1特种加工主要有1高能束加工2液体喷射加工3镭射成型技术和4超声加工等加工方法。 3.1.1.1 高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束和离子束去除工件材料
21、的特种加工方法的总称。1激光束加工:主要应用于打孔、切割、焊接、金属表面的激光强化、微调和存储等。2电子束加工:有热型和非热型两种：热型加工是利用电子束将材料的局部加热至熔化或气化点进行加工、适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的微细加工：非热型加工是利用电子束的化学效应进行刻蚀、大面积薄层等微细加工等。3离子束加工主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工:。等离子弧加工适用于各种金属材料的切割、焊接和热处理,还可制造高纯度氧化铝、氧化硅和工件表面强化，以及进行等离子弧堆焊及喷涂.3.1.1.2超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛光、液压冲击及由此产生的
22、气蚀作用来去除材料，以及超声振动使工件相互结合的加工方法。其适用于成型加工、切割加工、焊接加工和超声清洗3.1.1.3液体喷射加工是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵及增压器产生高速液体流束喷射到工件表面，从而达到去除材料的目的。可加工薄、软的金属及非金属材料，去除腔体零件内部毛刺，使金属表面产生塑性变形。磨料喷射加工适用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料和打孔等。 3.1.1.4.1.镭射成型技术的要求：（1）软件方面：将CAD立体资料输入电脑做RP镭射光工作格式的前处理，其流程如下：CAD立体资料-SLICE断面切层处理成型设定 转成镭射扫描轨迹一将资料平传至硬件 （2）硬件方面
23、：镭射光照射液态感光树脂使其扫描过后的轨迹处硬化，再以每次0.1MM 硬化层堆叠成型2镭射烧结快速成型机（Rp）的特点：（1）无论多么复杂的形状，都非常容易成型（2）无机械动作干涉问题，对操作者无熟练度要求（3）无需准备工具及夹具，可迅速展开加工。（4）加工过程完全自动化，可无人操作。（5）交货快，费用省，避免传统模具制作经常修改造成的浪费。（6）急速制作雏型件供模具制作前的确认，是模具制造业升级的利器。（7）无加工噪音、振动和切削废水3.1.1.5化学加工是利用酸、碱和盐等化学溶液对金属或某些非金属工件表面产生化学反应腐蚀溶解而改变工件尺寸和形状的加工方法。化学机械复合加工是指化学加工和机械
24、加工的复合是一种超精密的精整加工方法.可有效地加工陶瓷、单晶蓝宝石和半导体晶片。化学机械复合加工中常用的方法有机械化学抛光和化学机械抛光。机械化学抛光使用比工件材料软的磨料靠运动磨粒本身的活性以及因磨粒工件间的摩擦，在微观接触区产生的高压高温在极短的接触时间内出现固相反应。随后这种反应生成物被运动磨粒的机械磨擦作用去除量可小至 0.1nm.级。（ 先机后化）化学机械抛光的工作原理是由溶液腐蚀作用形成化学反应薄层,然后由磨粒的机械摩擦作用去除.。（先化后机）3.1.2电子束加工原理：在真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，经控制栅极初步聚集后 由加速阳极加速，通过透镜聚焦系统聚焦，使能量密度高
25、速且能量密集的电子束冲击到工件上，在冲击点处形成瞬时高温，工件表面局部熔化、汽化直至被蒸发去除.。2电子束加工的特点及应用：（1）电子束束径最小可达0.010.05mm，长度可达束径的几十倍，故可加工徽细深孔和窄缝。（2）材料适应性广。特别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料（3）加工速度较高，240mm/min.。（4）在真空中加工，无氧化，适用于加工高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金。（5）加工设备较复杂，投资较大，多用于微细加工3.1.3超声波加工原理：超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，再通过振幅扩大棒（变幅杆），
26、使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01-0.05mm，利用工具端面的超声（频率为16-25kHz）振动，使工作台（普通水）中的悬浮磨粒（碳化硅、碳化硼或金刚石粉）对工件表面产生撞击抛磨，实现加工。2超声波加工的特点及应用：（1）适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料如玻璃、陶瓷、半导体、金刚石等（2）可加工各种复杂形状的型孔、型腔和型面。（3）被加工表面无残余应力，无破坏层加工精度较高，尺寸精度可达0.01-0.05MM。（4）加工过程受力小。热影响小，可加工薄壁.薄片等易变形零件。（5）单纯超声波加工，加工效率较低。采用超声复合加工（超声车削，超声磨削、超声电解加工、超声线切割等），可显
27、著提高加工效率 3.1.4激光加工工作原理：激光一种受激辐射而得到的加强光基本特征是：强度高，亮度大；波长频率确定，单色性好：相干性好，相干长度好，方向性好，几乎是一束平行光。由激光器发出的激光，经光学系统聚焦后，照射到工件表而上，光能被吸收，转化为热能，使照射斑点处局部区域温度迅速升高，此处材料被熔化、气化而形成小坑。于是在加工表面上打出一个上大下小的孔2激光加工的特点及应用：（1）加工材料范围广。可加工各种金属和非金属材料，特别适用于加工高熔点材料、耐热合金、陶瓷、宝石和金刚石等硬脆材料。（2）加工性能好，工件可离开加工机械进行加工，并可透过透明材料进行加工。（3）激光加工为非接触加工工件
28、无受力变形。受热区域小。工件热变形小。加工精度高。（4）可进行微细加工激光聚焦后焦点直径可小至0.001MM的小孔加工和窄缝切割，激光切割广泛用于切割复杂形状的零件、栅网等，在大规模集成电路的制作中，可用激光进行切片（5）加工速度快，加工效率高，例如宝石上打孔，加工时间仅为机械方法的1 左右。（6）激光加工不仅可以进行打孔和切割。也可进行焊接、热处理等工作。（7）激光加工可控性好，易于实现加工自动化。但加工设备昂贵。3.1.5水喷射加工；1加工装置由下列5个部分组成，（l）超高压水射流发生器：包括盛液箱、使脉动的液压趋于平稳的储液罐、液压泵、增压器、液压站和调节压力的控制器（2）磨料混合与液流
29、处理：（3）喷嘴 （4）数控的三维切割机床：（5）外围设备：CAD/CAM系统和全封闭防护罩等2工艺参数：（1）水束直径和水束直径的波动（2）喷射流的压力。（3）喷射流的流速。（4） 磨料流速决定了喷射流中的磨料量和磨料的消耗量，过高或过低的磨料含量将切割速度降低（5）磨料类型。3.2微细加工（微细机械加工、微细电加工、光化掩膜加工（X射线刻蚀电铸制模法（LIGA）微细加工通常指1mm以下微细尺寸零件的加工，其加工误差为0.110um。微细加工一般尺寸有许多不同，主要表现在精度表示方法不同、加工机理不同和加工特征不同。3.2.1微细机械加工1. 微细加工的机床应满足下列功能。（1 ）为达到很小的单位去除率（简称UR）,微细的机械加工和电加工工艺，微量移动应可小至几十个纳米，电加工的UR最小极限取决脉冲放电的能量。 （2）高灵敏度的伺服进给系统，它要求低摩擦的传动系统和导轨支承系统以及高精度跟踪性能的伺服系统（3）高平稳性的进给运动，尽童减少由于制造和装配误差引起的各轴运动误差（4
